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【C/C++语言入门篇】系列（9）-- 位运算【上篇】

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回顾之前的篇幅，C语言的主体部分基本已经介绍完了。之所以没有介绍C++的相关特性是因为在之前的文章中C和C++在这些方面都有共性，所以在面向对象之前。我们先把这些共性给介绍完。也就是说在介绍面向对象之前，所有的文章都是CC++中都能使用的。从这点上来看，现在正极力奋斗于C++战线上的初学者还是很有用处的。

本篇继续沿着这条路线，到本篇为止包括本篇都还不会急于去介绍C++的面向对象的特性。那么在之前的文章中，可以说基本都把内容给介绍完了。本篇虽然不是大概念，但是在实际的项目中是绝对离不开的。那么我们就在本篇开始我们的位运算旅程。

首先，位运算到底用来做什么，用处多不，好像到现在我也没有怎么用位运算呢？很多初学者我相信会有这样的疑问。那么本篇就将介绍位运算的强大用途及无限魅力。

位运算跟二进制联系非常紧密，二进制这个概念相信大家都不陌生，我们的位运算也就是在这些0或1上进行操作。不要说二进制你都不知道。比如：

7的8位二进制为： 0000 0111

7的32位二进制为： 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111

二进制与十进制的换算我就不说了。上面为什么三个1就表示7，不知道的话就看看书哈。

上面说到了8位和32位，我们知道一个字节(byte)表示8位，那么二进制的一位就是这个位的意思。int是32位，那么写完整数字0的二进制就有32个0。这样思考起来在后面的位运算上要好理解一点。

先来看看我们经常用到的位运算符：& (按位与)、| (按位或)、^ (按位异或)、~ (按位取反)、>> (按位右移)、<< (按位左移)。

& ( 按位与): 概念上来讲就是二进制上按每一位(0或1)进行与运算。那么与运算是什么意思该不用我说吧，就是两者都是1结果为真。其中一个为0结果为假。这里不可能有0、1之外的数，这里是二进制。先看一个8位二进制的例子：

7 & 8 = 0000 0 111 & 0000 1000 = 0000 0000 = 0

7 & 3 = 0000 0111 & 0000 0011 = 0000 0011 = 3

很简单吧。不用多说了，就是操作0和1。

| ( 按位或): 概念上来讲就是二进制上按每一位(0或1)进行或运算。那么或运算是什么意思该不用我说吧，就是两者都是0结果为假。其它情况都为真。

7 | 8 = 0000 0 111 | 0000 1000 = 0000 1111 = 15

7 | 3 = 0000 0111 | 0000 0011 = 0000 0111 = 7

^( 按位异或): 概念上来讲就是二进制上按每一位(0或1)进行异或运算。异或运算简单讲就是相同就为假，不同为真。

7 ^ 3 = 0000 0111 ^ 0000 0011 = 0000 0100 = 4

~( 按位取反): 概念上来讲就是二进制上按每一位(0或1)进行取反运算。取反运算简单讲就是0变1，1变0。

~7 = ~0000 0111 = 1111 1 000 = 0xf8 = 248 （无符号）

>>( 按位右移): 概念上来讲就是二进制上按每一位(0或1)进行右移运算。右移运算简单讲就是将二进制的位整体向右移动。

7 >> 2 = 0000 0111 >> 2 = 0000 0001 = 1 // 这里向右移动了2位，最低位的两个1被抹去。

这里右移两位等于除了2的2次方，7/4 = 1 在整数除法中则看成是被舍掉了小数部分。

<<( 按位左移): 这个就不说了，与上面右移方向的相反。

好了，有了基本的概念。那么下面就进入实际应用了。

我们都知道颜色，比如你再惹我。我就给你颜色看看。那么这里的颜色就是RGB，我们在这里谈24位颜色。也就是RGB中的R（红）、G（绿）、B（蓝）分别占8位。这下有的朋友疑惑了，24位？想想前面的基本数据类型里，没有24位的类型啊，怎么办呢？

于是，我们便用到了位运算。一个32位的无符号整数，高8位置零。低24位用于表示颜色，到这里又有朋友想了。低24位怎么表示？我们都知道颜色通常每个分量是0~255之间，三种颜色存放在24位里怎么存？

typedef unsigned char BYTE; typedef unsigned int    UINT; BYTE r = 255; BYTE g = 255; BYTE b = 255;

我们将三个分量都定成是255，这里的目的是想表示白色。

UINT color = ( r << 16 ) | ( g << 8 ) | b;

然后这样就组成了我们的颜色：白色。

那么这里的原理很简单：

0000 0000 1111 1111 1111 1111 1111 1111

这里的颜色分量我都标识了字体的颜色，看红色的部分是不是就是左移了16位，其他同理，具体的过程就是：

r << 16

0000 0000 1111 1111 0000 0000 0000 0000

g << 8

0000 0000 0000 0000 1111 1111 0000 0000

0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111

然后看这3个二进制数按位或运算后就是我们的目标颜色，用十六进制看就是：0x00ffff ff 。0xff就是255。

32位的颜色只是比24位颜色多了一个分量，可以用来做透明。也就是我们上面没有用到的最高8位。32位也可以将高8位的分量放在低8位，RGB放在高24位。比如：

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

现在我们知道了color，那么要取得分一个分量怎么办呢？很简单：

BYTE r = ( color >> 16 ) & 0xff;  BYTE g = ( color >> 8 ) & 0xff;

上面三句相当于逆运算。那么这里按位与上一个0xff的原理是什么呢？我们看g分量：

color >> 8

0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111

0xff

0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111

两者相与，是不是就将红色分量给去掉了呢？

0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111

就只剩下绿色的8个1了。这里我只是举的255，因此可能有的朋友会说我直接：

BYTE g = ( color >> 16 ) & 0xff; 这样也等于255啊。这里我是举的一个比较特殊的例子，当这里r g b不相等的时候，就不能这样用了，这里是通用的用法，我们不能特殊化。

再来看16位色的RGB565, 字面上的意思很简单就是r和g占5位， b占6位。一共是16位。如果是16位我们就不需要一个UINT了，只需要：

typedef unsigned short  UINT16;  BYTE r = 255; BYTE g = 255; BYTE b = 255; UINT16 color16 = ( ( r & 0xf8 ) << 8 ) | ( ( g & 0xfc ) << 3 ) | ( ( b & 0xf8 ) >> 3 );

天啊，有的朋友可能看到这一串就晕了，其实我们碰到这种问题，如果对十六进制数不敏感不熟悉的话你就用WINDOWS自带的计算器进行算嘛。我们还是一步一步来说明吧。

因为是“565”模式的颜色，那么r要抛弃掉低3位，只需要高5位。g需要抛弃掉低2位，只要6位，b和r相同，也抛弃低3位。一共加起来就是16位了。那么要把这16位分别保存这3个分量。同样是按位或运算。r只剩下高5位，要到UINT16的最高5位，所以需要左移8位。

0000 0000 1111 1000 // 很明显需要向左移动8位

同样b分量被抛弃掉低2位后：

1111 1 000 1111 1100 // 很明显需要向左移动3位

而b分量：

1111 1 111 1 11 1 1111 000 // 很明显多出两个0需要向右移动3位

上面的抛弃掉低位的算法不用说了吧，不熟悉的就用计算器算相与后是不是想要的结果。正因为有抛弃，因此16位颜色就没有24位颜色真实。

问题一：为什么要抛弃低位，不抛弃高位？（比如红色就可以是：r & 0x1f）

上面24位色反过来逆运算获得每一个分量我们已经知道了，那么：

问题二：怎么获得RGB565颜色color16中的每一个分量。

上面的颜色了解后，我相信大家对于& | << >>这几个该没有什么问题了吧，当然颜色的组合还有其他的，这里不是为了介绍颜色。而是为了了解位运算。